電子線位置制御による高密度極微電極島の自然形成

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Si基板上のエピタキシャルCaF_2薄膜表面上に自然形成的に形成される金属極微細電極の形成位置を制御する方法により、新しい単電子デバイス製作プロセスを開発することを目的として行った。本年度の成果は主に以下の二つである。1. CaF_2表面ステップ上に形成した一次元金属ドットアレイによる単電子トランジスタの動作実証エピタキシャルCaF_2の表面に一方向に揃った単分子層のステップを形成し、ここにGaとAlの分子線供給による凝集金属ドットを一列に高密度配列させる手法を用い、電子ビームリソグラフィでソース、ゲート、ドレインの三端子を形成することによって、横方向多重トンネル接合を有する単電子トランジスタを製作した。温度18Kでドレイン電流のゲート変調特性を観測し、この材料系と基本構造で単電子トランジスタが実現できることを実証した。2. CaF_2表面の直接電子ビーム照射による二次元的位置制御法における高密度形成の達成集束電子ビーム露光によってCaF_2表面を局所的に表面改質しそこに金属ドットを選択的に凝集させる手法において、従来用いてきた表向の金属As層を取り去って直接露光することでドット間距離を距離を大幅に縮小することができた。金属As層を使わないためにプロセス途中で生じるCaF_2表向の有機汚染を紫外線励起のオゾンクリーニング法で除去する方法の有効性を示し、また、直接露光したCaF_2表面に微小な炭素ドットが堆積されることを見出しこれを凝集核として利用することを行った。その結果、隣接ドット中心間距離が14nmでドット直径が約10nmの完全位置制御されたGaドットアレイの製作に成功した。